Определение объема и состава продуктов сгорания

При проектировании теплотехнических агрегатов нужно знать количество образующихся газов, чтобы правильно рассчитать газоходы, дымовую трубу, выбрать устройство (дымосос) для удаления этих газов и т. д. Продукты сгорания рассчитываются следующим образом: сначала производится расчет объема и состава продуктов сгорания при a = 1, а затем – при a>1.

В результате полного сжигания топлива при a = 1 образуются продукты сгорания, содержащие СО₂, SO₂, Н₂О и N₂.

Объем дымовых газов, образующихся при сгорании 1кг твердого или жидкого топлива при a = 1, равен:

 

м³/кг. (4.7)

 

Рассмотрим еще раз реакции окисления (4.1):

Используя мольное соотношение, можно определить, что из одного кмоля углерода массой 12 кг образуется один кмоль СО₂ объемом 22,4 м³. Это значит, что в результате окисления 1кг углерода образуется двуокиси углерода. Тогда при сжигании 1кг топлива объем образовавшегося СО₂ равен:

. (4.8)

Аналогичные рассуждения позволяют определить объем образовавшегося SО₂ при сжигании 1кг топлива:

. (4.9)

В продуктах полного сгорания твердого или жидкого топлива водяной пар может образовываться:

1) при окислении водорода;

2) при переходе из топлива в результате испарения содержащейся в нем влаги;

3) при внесении влажным атмосферным дутьем.

Объем водяных паров при окислении водорода можно определить из мольного соотношения по реакции его сгорания: из одного кмоля водорода массой 2 кг образуется один кмоль водяных паров объемом 22,4 м³. Тогда при сжигании 1кг топлива объем водяных паров, являющихся результатом окисления водорода, равен:

.

При испарении влаги топлива из одного кмоля воды массой 18 кг образуется один кмоль паров объемом 22,4 м³. Тогда при сгорании 1кг топлива объем этой влаги составит:

.

Объем водяных паров, внесенных с воздухом, равен

 

м³/кг.

 

Общий объем влаги, образующейся при сгорании 1кг топлива, равен:

 

 

. (4.10)

Источниками азота в продуктах полного сгорания являются само топливо ((%)N₂) и атмосферный воздух или обогащенное дутье.

По массе кмоля азота (28 кг) и его объему (22,4 м³) легко определить объем 1 кг азота: . Тогда

.

 

В атмосферном воздухе при соотношении объемов азота и кислорода объем азота составляет:

м³/кг.

 

Общий объем азота в дымовых газах, м³

 

. (4.11)

 

Состав продуктов полного сгорания при сжигании 1 кг топлива при a=1 определяется следующим образом:

 

; ;

(4.12)

; .

 

Объем и состав продуктов сгорания при a>1 будет отличаться от аналогичных характеристик при a=1 из-за наличия избыточного воздуха.

Поскольку при a=1 предусматривается полное окисление горючих компонентов, то при a>1 объемы СO₂ , SO₂ и Н₂О останутся в составе продуктов сгорания. Но избыточный воздух повлияет на объемы пара и азота следующим образом:

 

; (4.13)

 

. (4.14)

 

В дополнение к этому в продуктах сгорания появится свободный (избыточный) кислород, объем которого в пересчете на 1 кг топлива, определяется по формуле:

 

. (4.15)

 

С учетом всех дополнений можно рассчитать объем продуктов сгорания при a>1:

 

м³/кг. (4.16)

 

Состав продуктов сгорания при a>1:

; ;

 

(4.17)

; ;

 

.